一种配网雷击断线事故的改进识别方法与流程

本发明属于电力系统，具体涉及一种配网雷击断线事故的改进识别方法。

背景技术：

1、架空配电线路的安全稳定运行是保障供电质量的重要前提。在配电线路绝缘化改造这一大背景下，高幅值雷击容易引起绝缘子闪络，接续的工频电弧受到绝缘层的阻隔固定在一点处持续燃烧，导致配电线路发生断线事故，影响电力系统对用户的供电质量。电弧是雷击断线的直接原因，研究其对导线的侵蚀特性有利于理解雷击断线机理。因此，针对雷击断线前开展识别，及时发出预警信息，能迅速投入工作人员，最大限度地减少断线事故的发生。针对雷击断线后开展定位研究，能够尽快解决故障，降低经济损失，具有重大的现实意义。

2、在高幅值直击雷或感应雷的作用下，配电线路容易发生单相或多相对地闪络，接续的工频电弧的弧根受到导线周围绝缘层的阻隔固定在一点处持续燃烧，最终导致线路断线。由此可见，雷击闪络只是诱因，电弧的持续灼烧才是雷击断线的重要因素。有学者在实验室中进行了10kv典型短路故障下电弧燃烧试验，得出了在长时小电流电弧或短时大电流电弧试验后绝缘导线均会断线这一结论。这一研究从试验方面揭示了不同电流下电弧燃烧的情况，对后续研究具有指导意义。然而，目前尚还缺乏雷击断线前的识别方法研究，无法在电弧侵蚀导线的过程中发出预警信息，减少断线事故的发生。

3、雷击断线事故的发生涉及到雷击闪络-产生电弧两个阶段，单相接地故障引起的小电流电弧在长时间灼烧导线时，有可能会造成雷击断线的发生。而三相短路下大电流电弧将在断路器动作前烧断导线，若识别方法考虑大电流电弧的作用，则系统可能还未发出预警信息导线就已断线，意义不大，且多相断线事故发生情况较少，一般仅考虑单相断线事故。因此，基于雷击闪络-弧光接地这两个阶段，通过识别每一阶段过电压类型开展雷击断线的改进识别方法研究。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种配网雷击断线事故的改进识别方法。本发明基于配电网的实测过电压特性，在电磁暂态仿真软件中搭建配电网雷击仿真模型，获得雷击闪络和雷击干扰波形；基于小波滑动窗能量对波形暂态时间段进行划分；提取波形的5类时域特征量，包括三相电压最大值、电压有效值、波形相似度、最大陡度和线、零模电压比值；通过小波变换提取4类特征量，包括不同层数细节能量总和、不同尺度细节能量比值和模极大值绝对值；基于9类特征量，通过阈值判断和支持向量机顺序识别雷击闪络和弧光接地，完成雷击断线事故的识别。

2、为达到上述目的，本发明提供了一种配网雷击断线事故的改进识别方法，包括以下步骤：

3、s1.测量配电网的过电压特性；

4、s2.基于步骤s1测量的配电网的过电压特性，在电磁暂态仿真软件中搭建配电网雷击仿真模型，所述配电网雷击仿真模型用于获取雷击闪络和雷击干扰波形；

5、s3.基于小波滑动窗能量对波形暂态时间段进行划分；

6、s4.提取波形的5类时域特征量，所述5类时域特征量包括三相电压最大值、电压有效值、波形相似度、最大陡度和线、零模电压比值；

7、s5.通过小波变换提取4类特征量，所述4类特征量包括不同层数细节能量总和、不同尺度细节能量比值、模极大值和绝对值；

8、s6.基于步骤s4和s5提取的9类特征量，通过阈值判断和支持向量机顺序识别雷击闪络和弧光接地，最终完成雷击断线事故的识别。

9、进一步，所述步骤s2中，配电网雷击仿真模型的搭建步骤如下：

10、i.基于时域有限差分方法在matlab中编写仿真程序，所述仿真程序用于实现感应雷过电压的仿真计算；

11、ii.设定感应雷过电压的仿真工况：三相导线三角排列，且导线终端通过匹配阻抗接入大地，雷击点距线路距离为50m，雷电回击速度为1.3×108m/s，大地电导率为理想电导率；

12、iii.将步骤ii的仿真工况代入步骤i，然后将计算结果耦合进电磁暂态仿真软件中，之后通过构建输电线路模型、杆塔模型和绝缘子模型得到配电网雷击仿真模型，从而研究感应雷闪络后的波形，感应雷闪络后的波形可作为直击雷过电压仿真波形的补充。

13、进一步，所述步骤s3包括以下子步骤：

14、i.设定过电压信号的采样频率为200khz，然后利用sym4小波将雷击干扰波形分为7层，从而得到每层细节分量对应的频带范围；

15、ii.计算过电压信号的频谱分布；

16、滑动窗能量为小波分解后波形第一层到第七层的细节分量总和，囊括了过电压信号的频谱分布，过电压信号频谱分布的计算表达式如下：

17、

18、式中，dj为第一层到第七层的细节分量；nw代表小波窗的大小，nw＝50；k＝1,2,…,n-nw+1；n为信号采样点数；

19、iii.起始时刻k1的确认；

20、计算δemax(k)，δemax(k)的计算公式如下：

21、△emax(k)＝max{e(k+5),e(k+4),...,e(k+1)}-e(k)

22、当包括k在内满足min{δemax(k)，δemax(k+1)，δemax(k+2)，δemax(k+3)}≥δeth1时，认为暂态开始出现，其中δeth1为设定的阈值，取0.0010；

23、故起始时刻k1＝k+nw-1；

24、iv.截止时刻k2的确认；

25、a.首先根据第iii步得到的k，判断k+8是否小于n-nw+1，若不小于，则将k2确定为最后一点n；若小于，则从k+5这一点开始往前搜索第一个小于e(k)的点，若存在这样的点，则将其记为kt1，若不存在，则令kt1＝n-nw-4；

26、b.计算kt1是否满足δemin(kt1)≤δeth2，若不满足，则将点确定为k2；若满足，则计算{δemin(kt1-1)，δemin(kt1-2)，δemin(kt1-3)≤δeth2}是否满足，若满足则把点kt1+5确定为k2，若不满足，则令kt1＝kt1-1，跳转到步骤b重新计算；其中，δemin(k)的计算表达式如下：

27、△emin(k)＝min{e(k+5),e(k+4),...,e(k+1)}-e(k)

28、式中，δeth2为设定的阈值，取-0.0005；

29、v.起始时刻和截止时刻还需要满足下式才能确定为最终的扰动时间段；

30、

31、式中，e2取值为0.5。

32、进一步，所述步骤s5中，小波变换的具体步骤如下：

33、i.从频域上分析，对第j层细节分量dj(n)，频带内的能量为ej，计算表达式如下：

34、

35、式中，n为采样点个数；j为小波分解尺度，值为1，2，…，7；

36、ii.对感应雷和弧光接地过电压进行计算，

37、iii.计算小波分解前五层尺度的细节能量总和eqianwu、后两层尺度的细节能量总和ehouer、比值λ，计算表达式如下：

38、

39、iv.通过计算结果寻找用来提取作为识别感应雷过电压和弧光接地过电压的特征量。

40、进一步，所述步骤s6中，阈值判断的流程为：

41、i.对过电压波形进行统计分析，得到umax值、分闸空载变压u34rmsmax的阈值、合闸空载变压器u12rmsmax的阈值、不对称接地u34rmsmin的阈值，所述umax值用于区分可能造成雷击闪络的过电压和不会造成闪络的过电压；

42、ii.在阈值判断中：首先计算umax，若umax值大于约定值，则判断umax为可能造成雷击闪络的过电压，包括雷击干扰和雷击闪络，否则为包括实测雷电过电压在内的其它8类过电压；然后计算u12rmsmax，若u12rmsmax小于约定值，则判断为合闸空载变压器过电压，否则继续计算u34rmsmax，若u34rmsmax小于约定值，则判断为分闸空载变压器过电压，否则继续计算u34rmsmin，若u34rmsmin小于约定值，则判断为不对称接地过电压，否则为其它5类过电压。

43、进一步，所述步骤s6中，支持向量机的流程为：

44、i.分别计算52个训练样本的αmax和|wmax|，得到各样本特征量的具体数值，并设置雷击干扰样本的标签为1，雷击闪络样本的标签为2，形成涵盖特征量和标签的表格，然后输入支持向量机内训练，生成model文件，训练完成；

45、ii.在后续测试中，选一测试样本为例计算αmax和|wmax|特征量，若应用model文件计算后得到的标签为1，则说明测试样本为雷击干扰，否则为雷击闪络。

46、有益效果：

47、本发明提出了一种配网雷击断线事故的改进识别方法，依据雷击断线的两个阶段：雷击闪络-产生电弧，通过成功识别每一阶段所对应的过电压类型，完成雷击断线识别。在电弧识别方面，目前研究较多的是弧光接地过电压的识别，通过梳理雷击识别和弧光接地过电压识别的研究现状，有助于后续选取合适的特征量和分类方法，进而完成雷击断线识别方法研究。

48、因此，本发明根据电压监测装置采集到的实测过电压，结合电磁暂态仿真软件计算得到的仿真过电压，构建过电压数据库。在此基础上利用小波滑动窗能量划分混合过电压暂态时间段，接着通过时域分析和小波变换提取特征量，并结合阈值判断和支持向量机完成雷击闪络过电压和弧光接地过电压的顺序识别，实现雷击断线识别。

49、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究，对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。